砂轮送料控制系统设计终

编号 毕 业 论 文 题 目 砂轮送料控制系统的设计 学生姓名 学 号 系 部 专 业 班 级 指导教师 顾问教师 二 一六年五月 摘要 I 摘 要 目前我国的大部分企业受到资金短缺 管理方面的限制 送料装置一般采 用人工送料 但是人工送料劳动力大 效率低 而且容易造成事故 因此本文 针对砂轮厂人工送料系统进行了自动化改造 本着降低成本 提高效率 保障安全的原则 设计了以 PLC 为核心的砂轮 自动控制送料系统 利用变频器实现变速送料 称重传感器完成自动称重和物料 入模 先根据控制要求 选择了系统的主要硬件并完成电气线路的搭建 然后 设置了变频器的参数和 PLC 的程序 通过模拟调试 该系统具有操作方便 工作 可靠 提高生产效率 大大减少劳动率的问题 从而实现工业送料自动化成为 无 人值班 少人值守 的控制系统 具有很高的推广价值 关键词 PLC 变频器 砂轮送料 称重传感器 Abstract II Abstract At present most enterprises in China under the shortage of funds management restrictions feeding device generally uses the artificial feeding But the artificial feeding labor low efficiency and easy to cause the accident So according to the grinding wheel factory of artificial feeding system for the automatic transformation With lower costs improve efficiency safety principles design of the grinding wheel to PLC as the core of the automatic feeding system the realization of variable speed feed the use of inverter the weighing sensor automatic weighing and material into the mold According to control requirements select the main hardware system and set up complete electrical circuit And then set the parameter and PLC program Through the simulation and debugging the system has the advantages of convenient operation reliable work improve production efficiency reduce labor rate In order to achieve industrial feeding automation has become a unattended control system for unattended operation has the very high value of popularization Keywords PLC inverter grinding wheel feeding the weighing sensor 目录 III 目 录 摘 要 I ABSTRACT II 目 录 III 第一章 绪论 1 1 1 概述 1 1 2 设计任务与总体方案的确定 2 1 2 1 设计任务 2 1 2 2 控制要求 2 第二章 PLC 基础知识 2 2 1 PLC 的基本结构及部分作用 3 2 2 PLC 的工作原理 5 2 3 PLC 控制系统的设计的原则 6 2 4 PLC 控制系统的设计步骤 8 2 5 PLC 的编程语言及编程 10 2 6 西门子 S7 200PLC 11 第三章 砂轮送料系统的介绍 13 3 1 自动送料系统特点 13 3 2 砂轮送料系统组成 13 3 3 称重传感器 15 第四章 砂轮送料硬件设计 18 4 1 PLC 选定 18 4 2 变频器 18 4 3 主电路电气原理图 19 4 4 I O 地址分配表 19 4 5 PLC 硬件接线图 20 第五章 砂轮送料系统软件设计 21 5 1 PLC 的软件设计 21 5 1 1 砂轮送料顺序功能图 21 5 1 2 梯形图 22 5 2 变频器参数设置 24 5 2 1 复位参数 24 5 2 2 电动机参数设置 24 5 2 3 控制参数设置 24 第六章 总结与展望 25 致 谢 26 附录 28 第一章 绪论 1 第一章 绪论 1 1 概述 送料是化工厂生产工艺过程中的一道非常重要的工序 由于生产的需要 要 求时候可以实现各种物料的不同比例搭配 在生产任务繁重的时候加快生产速度 要求能够集中控制电机的启动 浏览生产工业流程图 做出事故报警响应 可调节电机运行速度等 原来的送料系统只是采用 PLC 作为连锁控制 采用 VC 开发工具进行控制界面和控制算法的开发 由于滑差电机调速方式在低速 时特性差 效率低 而且现场外部工作环境又很恶劣 工业粉尘很多 这些粉尘 很容易进入电机内部而出现磨损 卡死等现象 维修 维护麻烦 造成工作故 障多 影响正常生产 因此 送料工序质量对整个产品的质量举足轻重 落后的 送料系统不仅效率低 而且送料不准 手工操作又将人为因素引入送料环节 使 工艺配方难以在生产中实现 严重影响产品质量的稳定及进一步提高 因此 实现高精度自动送料对工业企业生产有着极为重要的意义 搅拌作为工艺过程 的基础操作单元 广泛应用于石油 化工 医药 食品 油漆 涂料等许多行业 但是 由于这些行业中所用到的材料 多为易燃易爆 有毒有腐蚀性的介质 以 致于现场工作环境十分恶劣 不适合人工现场操作 另外生产要求该系统要具有 混合精确 控制可靠 工作效率高等特点 这也是人工操作和半自动化控制所难 以实现的 基于 PLC 可靠性高 抗干扰能力强 系统的设计和建造工作量小 维护方便 容易改造的特点 设计以 PLC 作为控制核心 结合变频器等完成物 料搅拌的自动控制系统 南通科技职业技术学院毕业设计论文 2 1 2 设计任务与总体方案的确定 1 2 1 设计任务 设计控制系统要求 1 画出主电路 2 分配 I O 地址 列出元件表 3 设计系统控制的程序框图 4 根据程序框图设计该系统的控制梯形图 写出指令表 5 上机调测试 1 2 2 控制要求 1 接通各个电气设备的电源后 电气设备开始工作 其中搅拌电机一直带 动搅拌器工作 2 按下启动按钮 变频电机开始工作 初快速 末慢速 3 原料经传送带连续上传至料斗 4 当模具到位时停止原料传输 下料阀打开下料 5 由皮带称进行称重 边下料边称重边传输 当重量达到要求时 皮带称 再运行下料 6 计数器计时 未达到十次返回至送料 7 当计数器达到十次结束重复流程 第二章 PLC 基础知识 3 第二章 PLC 基础知识 可编程序控制器 英文称 Programmable Controller 简称 PC 但由于 PC 容易和个人计算机 Personal Computer 混淆 故人们仍习惯地用 PLC 作为可 编程序控制器的缩写 它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统 装置 专为在工业现场应用而设计 它采用可编程序的存储器 用以在其内部 存储执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数和算术运算等操作指令 并通过数字 式或模拟式的输入 输出接口 控制各种类型的机械或生产过程 PLC 是微机技 术与传统的继电接触控制技术相结合的产物 它克服了继电接触控制系统中的 机械触点的接线复杂 可靠性低 功耗高 通用性和灵活性差的缺点 充分利 用了微处理器的优点 又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯 特别是 PLC 的程序编制 不需要专门的计算机编程语言知识 而是采用了一套以继电器 梯形图为基础的简单指令形式 使用户程序编制形象 直观 方便易学 调试 与查错也都很方便 用户在购到所需的 PLC 后 只需按说明书的提示 做少量 的接线和简易的用户程序编制工作 就可灵活方便地将 PLC 应用于生产实践 目前世界上应用得最多的是 PLC 有三大系 美国系 欧洲系 日本系 美国和 欧洲的 PLC 技术是在相互隔离的情况下独立研究开发的 因此美国和欧洲的 PLC 产品有明显的差异性 而日本的 PLC 技术是由美国引进的 对美国的 PLC 产品有 一定的继承性 但日本的主推产品定位在小型 PLC 上 美国和欧洲以大中型 PLC 而闻名 而日本则以小型 PLC 著称 如中国科学院自动化研究所的 PLC 0088 北京联想计算机集团公司的 GK 40 上 海机床电器厂的 CKY 40 上海起重电器厂的 CF 40MR ER 苏州电子计算机厂的 YZ PC 001A 原机电部北京机械工业自动化研究所的 MPC 001 20 KB 20 40 杭州 机床电器厂的 DKK02 天津中环自动化仪表公司的 ACMY S80 ACMY S256 无锡华 光电子工业有限公司 合资 的 SR 10 SR 20 21 等 从 982 年以来 先后有天津 厦门 大连 上海等地相关企业与国外著名 PLC 制造厂商进行合资或者引进技术 生产线等 这将促进我国的 PLC 技术在赶超世 界先进水平的道路上快速发展 21 世纪 PLC 会有更大的发展 从技术上看 计算机技术的新成果会更多 地应用于可编程控制器的设计和制造上 会有运算速度更快 存储容量更大 智能更强的品种出现 从产品规模上看 会进一步向超小型及超大型方向发展 从产品的配套性上看 产品的品种会更丰富 规格更齐全 完美的人机界面 完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求 从市场上看 各国各 自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破 会出现少数几个品牌 垄断国际市场的局面 会出现国际通用的编程语言 从网络的发展情况来看 可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器 南通科技职业技术学院毕业论文 4 技术的发展方向 目前的计算机集散控制系统 DCS Distributed Control System 中已有大量的可编程控制器应用 伴随着计算机网络的发展 可编程 控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分 将在工业及工业 以外的众多领域发挥越来越大的作用 2 1 PLC 的基本结构及部分作用 从结构上分 PLC 分为固定式和组合式 模块式 两种 固定式 PLC 包括 CPU 板 I O 板 显示面板 内存块 电源等 这些元素组合成一个不可拆卸的 整体 模块式 PLC 包括 CPU 模块 I O 模块 内存 电源模块 底板或机架 这 些模块可以按照一定规则组合配置 图 2 1 PLC 结构图 1 CPU 的构成 CPU 是 PLC 的核心 起神经中枢的作用 每套 PLC 至少有一个 CPU 它按 PLC 的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据 用扫描的方式采集由现 场输入装置送来的状态或数据 并存入规定的寄存器中 同时 诊断电源和 PLC 内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等 2 PLC 的 CPU 模块 中央处理单元 CPU CPU 是 PLC 的核心部件 由运算器和控制器组成 主 要用于 接收并存储从编程器输入的用户程序 检查编程过程是否出错 进行 系统诊断 解释并执行用户程序 完成通信及外设的某些功能 存储器 存储器有三种 系统程序存储器 用于存放系统程序 这些程 序在 PLC 出厂前就已经固化到只读存储器 ROM 中 第一部分为系统管理程序 第二部分为用户指令解释程序 第三部分为标准程序模块与系统调用程序 第二章 PLC 基础知识 5 3 I O 模块 PLC 与电气回路的接口 是通过输入输出部分 I O 完成的 I O 模块集 成了 PLC 的 I O 电路 输入暂存器反映输入信号状态 输出点反映输出锁存器 状态 输入模块将电信号变换成数字信号进入 PLC 系统 输出模块相反 I O 分 为开关量输入 DI 开关量输出 DO 模拟量输入 AI 模拟量输出 AO 等模块 4 编程器 编程器是 PLC 最重要的外围设备 是 PLC 不可缺少的部分 编程器的作用 是输入和编辑用户程序 调试程序和监控程序的执行过程 编程器一般有两种类型 简易编程器和图形编程器 简易编程器体积小 便宜 使用方便 适合小型 PLC 缺点是需联机编程 图形编程器是指带有显示 屏 的编程器 有液晶显示 LCD 和阴极射线式 CRT 两种 可用指令语句 编程 也可用梯形图编程 可联机编程也可脱机编程 操作方便 功能强大 还可与打印机 绘图仪等设备相连 但价格较高 适用于大型 PLC 5 PLC 的电源模块 PLC 内部配有开关式稳压电源的电源模块 用来将外部供电电源转变成供 PLC 内部的 CPU 存储器和 I O 接口等电路工作所需要的直流电源 另外 为防止在外部电源发生故障的情况下 PLC 内部程序和数据等重要信 息的丢失 PLC 还带有锂电池作为后备电源 6 PLC 的 I O 模块的外部接线方式 外部接线方式有汇点式 分组式和分隔式三种 2 2 PLC 的工作原理 PLC 是采用 顺序扫描 不断循环 的方式进行工作的 即在 PLC 运行时 CPU 根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序 按指令步序号 或 地址号 作周期性循环扫描 如无跳转指令 则从第一条指令开始逐条顺序执 行用户程序 直至程序结束 然后重新返回第一条指令 开始下一轮新的扫描 在每次扫描过程中 还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作 PLC 的一个扫描周期必经输入采样 程序执行和输出刷新三个阶段 PLC 在输入采样阶段 首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的 输入端子的通断状态或输入数据读入 并将其写入各对应的输入状态寄存器中 即刷新输入 随即关闭输入端口 进入程序执行阶段 PLC 在程序执行阶段 按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令 经相应的运算和处理后 其结果再写入输出状态寄存器中 输出状态寄存器中 所有的内容随着程序的执行而改变 南通科技职业技术学院毕业论文 6 输出刷新阶段 当所有指令执行完毕 输出状态寄存器的通断状态在输出 刷新阶段送至输出锁存器中 并通过一定的方式 继电器 晶体管或晶闸管 输出 驱动相应输出设备工作 PLC 有两种工作状态 即运行 RUN 状态和停止 STOP 状态 在运行状态 PLC 通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能 为了 使 PLC 的输出及时地响应随时可能变化的输入信号 用户程序不是只执行一次 而是反复不断地重复执行 直到 PLC 停机或切换到 STOP 工作状态 除了执行用户程序外 每次循环过程中 PLC 不还要完成内部处理 通信处 理等工作 一次循环可分为 5 个阶段 开始 与编程器通信 读入现场信号 执行用户程序 输出结果 STOP RUN 内部处理 图 2 2 PLC 工作方式 2 3 PLC 控制系统的设计的原则 任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求 以提高生产效率和 产品质量 因此 在设计 PLC 控制系统时 应遵循以下基本原则 1 最大限度地满足被控对象的控制要求 充分发挥 PLC 的功能 最大限度地满足被控对象的控制要求 是设计 PLC 控制系统的首要前提 这也是设计中最重要的一条原则 这就要求设计人员在 设计前就要深入现场进行调查研究 收集控制现场的资料 收集相关先进的国 内 国外资料 同时要注意和现场的工程管理人员 工程技术人员 现场操作 人员紧密配合 拟定控制方案 共同解决设计中的重点问题和疑难问题 2 保证 PLC 控制系统安全可靠 第二章 PLC 基础知识 7 保证 PLC 控制系统能够长期安全 可靠 稳定运行 是设计控制系统的重 要原则 这就要求设计者在系统设计 元器件选择 软件编程上要全面考虑 以确保控制系统安全可靠 例如 应该保证 PLC 程序不仅在正常条件下运行 而且在非正常情况下 如突然掉电再上电 按钮按错等 也能正常工作 3 力求简单 经济 使用及维修方便 一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量 带来巨大的经济效益和 社会效益 但新工程的投入 技术的培训 设备的维护也将导致运行资金的增 加 因此 在满足控制要求的前提下 一方面要注意不断地扩大工程的效益 另一方面也要注意不断地降低工程的成本 这就要求设计者不仅应该使控制系 统简单 经济 而且要使控制系统的使用和维护方便 成本低 不宜盲目追求 自动化和高指标 4 适应发展的需要 由于技术的不断发展 控制系统的要求也将会不断地提高 设计时要适当 考虑到今后控制系统发展和完善的需要 这就要求在选择 PLC 输入 输出模块 I O 点数和内存容量时 要适当留有裕量 以满足今后生产的发展和工艺的改进 任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求 以提高生产效率和 产品质量 因此 在设计 PLC 控制系统时 应遵循以下基本原则 1 最大限度地满足被控对象的控制要求 充分发挥 PLC 的功能 最大限度地满足被控对象的控制要求 是设计 PLC 控制系统的首要前提 这也是设计中最重要的一条原则 这就要求设计人员在 设计前就要深入现场进行调查研究 收集控制现场的资料 收集相关先进的国 内 国外资料 同时要注意和现场的工程管理人员 工程技术人员 现场操作 人员紧密配合 拟定控制方案 共同解决设计中的重点问题和疑难问题 2 保证 PLC 控制系统安全可靠 保证 PLC 控制系统能够长期安全 可靠 稳定运行 是设计控制系统的重 要原则 这就要求设计者在系统设计 元器件选择 软件编程上要全面考虑 以确保控制系统安全可靠 例如 应该保证 PLC 程序不仅在正常条件下运行 而且在非正常情况下 如突然掉电再上电 按钮按错等 也能正常工作 3 力求简单 经济 使用及维修方便 一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量 带来巨大的经济效益和 社会效益 但新工程的投入 技术的培训 设备的维护也将导致运行资金的增 加 因此 在满足控制要求的前提下 一方面要注意不断地扩大工程的效益 另一方面也要注意不断地降低工程的成本 这就要求设计者不仅应该使控制系 统简单 经济 而且要使控制系统的使用和维护方便 成本低 不宜盲目追求 自动化和高指标 南通科技职业技术学院毕业论文 8 4 适应发展的需要 由于技术的不断发展 控制系统的要求也将会不断地提高 设计时要适当 考虑到今后控制系统发展和完善的需要 这就要求在选择 PLC 输入 输出模块 I O 点数和内存容量时 要适当留有裕量 以满足今后生产的发展和工艺的改进 第二章 PLC 基础知识 9 2 4 PLC 控制系统的设计步骤 PLC 控制系统的设计步骤如下图所示 1 分析被控对象 分析被控对象的工艺过程及工作特点 了解被控对象机 电之间的配合 确定被控对象对 PLC 控制系统的控制要求 2 确定输入 输出设备 根据系统的控制要求 确定系统所需的输入设备 如 按钮 位置开关 转换开关等 和输出设备 如 接触器 电磁阀 信号指示灯等 据此确定 PLC 的 I O 点数 3 选择 PLC 包括 PLC 的机型 容量 I O 模块 电源的选择 4 分配 I O 点 分配 PLC 的 I O 点 画出 PLC 的 I O 端子与输入 输出设备的连接图或对应 表 5 设计软件及硬件 进行 PLC 程序设计 进行控制柜 台 等硬件及现场施工 由于程序与硬 件设计可同时进行 因此 PLC 控制系统的设计周期可大大缩短 而对于继电器 系统必须先设计出全部的电气控制电路后才能进行施工设计 6 联机调试 联机调试是指将模拟调试通过的程序进行在线统调 7 整理技术文件 包括设计说明书 电气安装图 电气元件明细表及使用说明书等 南通科技职业技术学院毕业论文 10 图 2 3 PLC 结构图 分析被控对像工艺过程 提出系统控制要求 交付使用 确定外部输入 输出设备 编制技术文件 联机调试 分配 I O 点 设计 I O 连接 图 选择 PLC 输入程序并检查 绘制功能表图 模拟调试 编制程序清单 设计梯形图 设计控制台及安装 接线图 现场施工接线 满足要求 满足要求 修 改 第二章 PLC 基础知识 11 2 5 PLC 的编程语言及编程 在 PLC 中有多种程序设计语言 如梯形图语言 布尔助记符语言 功能表图 语言 功能模块图语言及结构化语句描述语言等 梯形图语言和布尔助记符语言是基本程序设计语言 它通常由一系列指令 组成 用这些指令可以完成大多数简单的控制功能 例如 代替继电器 计数 器 计时器完成顺序控制和逻辑控制等 通过扩展或增强指令集 它们也能执 行其它的基本操作 功能表图语言和语句描述语言是高级的程序设计语言 它可根据需要去执 行更有效的操作 例如 模拟量的控制 数据的操纵 报表的报印和其他基本 程序设计语言无法完成的功能 功能模块图语言采用功能模块图的形式 通过 软连接的方式完成所要求的控制功能 它不仅在 PLC 中得到了广泛的应用 在 集散控制系统的编程和组态时也常常被采用 由于它具有连接方便 操作简单 易于掌握等特点 为广大工程设计和应用人员所喜爱 PLC 是采用软件编制程序来实现控制要求的 编程时要使用到各种编程元件 它们可提供无数个动合和动断触点 编程元件是指输入寄存器 输出寄存器 位存储器 定时器 计数器 通用寄存器 数据寄存器及特殊功能存储器等 PLC 内部这些存储器的作用和继电接触控制系统中使用的继电器十分相似 也有 线圈 与 触点 但它们不是 硬 继电器 而是 PLC 存储器的存储 单元 当写入该单元的逻辑状态为 1 时 则表示相应继电器线圈得电 其动 合触点闭合 动断触点断开 所以 内部的这些继电器称之为 软 继电器 SIEMENS S7 200 系列 CPU224 CPU226 部分编程元件的编号范围与功能说明 如下表所示 表 2 1PLC 的编程元件 元件名称 符号 编号范围 功 能 说 明 输入寄存器 I I0 0 I1 5 共 14 点 接受外部输入设备的信号 输出寄存器 Q Q0 0 Q1 1 共 10 点 输出程序执行结果并驱动外部设备 位存储器 M M0 0 M31 7 在程序内部使用 不能提供外部输 出 T0 T64 保持型通电延时 1ms T1 T4 T65 T68 保持型通电延时 10ms T5 T31 T69 T95 保持型通电延时 100ms T32 T96 ON OFF 延时 1ms T33 T36 T97 T10 0 ON OFF 延时 10ms 定时器 256 T0 t2 55 T37 T63 T101 T2 55 ON OFF 延时 100ms 南通科技职业技术学院毕业论文 12 计数器 C C0 C255 加法计数器 触点在程序内部使用 高速计数器 HC HC0 HC5 用来累计比 CPU 扫描速率更快的事 件 顺控继电器 S S0 0 S31 7 提供控制程序的逻辑分段 变量存储器 V VB0 0 VB5119 7 数据处理用的数值存储元件 续表 2 1 局部存储器 L LB0 0 LB63 7 使用临时的寄存器 作为暂时存储 器 特殊存储器 SM SM0 0 SM549 7 CPU 与用户之间交换信息 特殊存储器 SM 只读 SM0 0 SM29 7 接受外部信号 累加寄存器 AC AC0 AC3 用来存放计算的中间值 2 6 西门子 S7 200PLC 1 分类按 I O 点数可分为大 中 小型三大类 通常可以定义为 小型 I O 点数在 256 点以下 中型 I O 点数在 256 1024 点之间 大型 I O 点数在 1024 点以上 2 应用 可编程控制器在多品种 小批量 高质量的产品生产中得到广泛的应用 PLC 控制已成为工业控制的重要手段之一 与 CAD CAM 机器人技术一起成为实 现现代自动化生产的三大支柱 通常可以认为 只要有控制要求的地方 都可 以用到可编程控制器 3 发展方向 发展方向分小型化和大型化两个发展趋势 小型 PLC 有两个发展方向 即 小 微 型化和专业化 大型化指的是大中型 PLC 向着大容量 智能化和网络 化发展 使之能与计算机组成集成控制系统 对大规模 复杂系统进行综合性 的自动控制 4 特殊标志位 SM 存储器 CPU 224 编址范围 SM0 0 SM179 7 共 180 个字节 其中 SM0 0 SM29 7 的 30 个字节为只读型区域 SMB0 为状态位字节 在每次扫描循环结尾由 S7 200 CPU 更新 定义如 下 SM0 0 RUN 状态监控 PLC 在运行 RUN 状态 该位始终为 1 SM0 1 首次扫描时为 1 PLC 由 STOP 转为 RUN 状态时 ON 1 态 一个扫 描周期 用于程序的初始化 SM0 2 当 RAM 中数据丢失时 ON 一个扫描周期 用于出错处理 SM0 3 PLC 上电进入 RUN 方式 ON 一个扫描周期 第二章 PLC 基础知识 13 SM0 4 分脉冲 该位输出一个占空比为 50 的分时钟脉冲 用作时间基准 或简易延时 SM0 5 秒脉冲 该位输出一个占空比为 50 的秒时钟脉冲 可用作时间 基准 SM0 6 扫描时钟 一个扫描周期为 ON 高电平 另一为 OFF 低电平 循环交替 SM0 7 工作方式开关位置指示 0 为 TERM 位置 1 为 RUN 位置 为 1 时 使自由端口通讯方式有效 SMB1 为指令状态位字节 常用于表及数学操作 部分位定义如下 SM1 0 零标志 运算结果为 0 时 该位置 1 SM1 1 溢出标志 运算结果 溢出或查出非法数值时 该位置 1 SM1 2 负数标志 数学运算结果为负时 该位为 1 综上所述 本次设计的基于 PLC 控制的砂轮配料变频调速系统设计选择型 号为 S7 200 CPU 226CN 第三章 砂轮送料系统的介绍 14 第三章 砂轮送料系统的介绍 3 1 自动送料系统特点 自动送料系统具有灵活的供料形式 方便的远程监控 简单的现场操作以 及成熟的行业应用精细化工 树脂供料系统 饮料行业的供料 调和新型建材 等特点 自动送料系统的运用给很多企业带来了便捷 从根本上提升了工作效 率 同时还节约了成本 为了更好的提升效率 供料系统的性能需要满足下列 要求 自动送料系统的特点 1 品质稳定 目前施工现场配置的砂浆质量不稳定 强度达不到要求 而 干混砂浆采用工业化生产 对原材料和配合比进行严格控制 确保砂浆质量稳 定 可靠 2 二级累计功能 除累计总的定量次数和重量总计外 对每个定量组也有 相应的次数和重量的累计 并且能累计每种物料的重量 3 全面板式数字标定及参数 4 可用参数操控的过冲检测和修正功能 5 具有数字键盘 可直接输入数字 6 多组密码保护功能 可防止无权限者非法操作 7 具有手动 自动等配料功能 可在自动半自动之间切换 8 干粉砂浆自动供料系统具有实时显示称重数据等功能 3 2 砂轮送料系统组成 该系统由原料桶 挡板 皮带 料斗 电磁阀 模具 称重传感器 变频 电机 皮带恒速电机 搅拌电机等组成 来完成对物料的运料 传输 卸料的 过程 这类系统的控 制需要电机能够实现加速 减速 运行平稳等特性 具有 连续可 靠的工作能力 第三章 砂轮送料系统的介绍 15 图 3 1 砂轮送料系统示意图 1 电源启动 搅拌电机启动 2 按下 SB1 变频电机以 50r min 转动 10s 后以 30r min 转动 3 模具到位 SQ1 到位 电磁阀打开开始下料 并关闭变频电机 4 计时器计数 决定是否循环 南通科技职业技术学院毕业论文 16 模具是否 到位 开始 送料系统启 动 开始送料 开始下料 质量到否 称重皮带送料 是否数 量到达 十个 结束 N Y N Y N Y 图 3 2 砂轮送料流程图 3 3 称重传感器 称重传感器由组合式 S 型梁结构及金属箔式应变计构成 具有过载保护装 置 测量精度高 温度特性好 工作稳定等优点 广泛用于各种结构的动 静 态测量及各种电子称的一次仪表 1 被称重物或者载重汽车置于秤台上 在重力效用下 秤台将重力传递至 弹性体支承 使称重传感器弹性体发生形变 贴附于弹性体应变梁上的应变计 桥路失去平衡 输出与重量数据成比例的差分电压信号 经线性放大器将差分 电压信号放大 再经 A D 转换为数码信号 由仪表的微处理器 CPU 对重量信 号进行计算 解码等处理后直接显重量数据 2 片组成的电桥电路 如惠斯登电桥 以及能把电阻应变片固定粘贴在 弹性体上并能传导应变量的粘合剂和保护电子电路的密封胶等三大部分组成测 力传感器 简单说 就是应变片贴在弹性体上 当弹性体受力变形时 应变片 也变形 同时应变片的电阻值发生变化 以此达到测量的目的 表 3 1 称重传感器技术指标 第三章 砂轮送料系统的介绍 17 技术参数 单位 技术指标 额定载荷 kg 1 5 10 30 100 150 额定输出 mV V 1 5 非线性 F S 0 03 滞后 F S 0 03 重复性 F S 0 03 零点输出 F S 1 零点温度 系数 F S 0 003 绝缘电阻 M 2000 供桥电压 VDC 10 工作温度 20 70 允许过载 F S 150 备 注 可设计成 12V 或 24V 供电 0 5V 或4 20mA 信号输出 称重传感器可以采用两种不同的输入 输出接线方法 一种是四线制接法 另一种是六线制接法 如图 1 所示 四线制接法的称重传感器对二次仪表无特殊 要求 使用起来比较方便 但当电缆线较长时 容易受环境温度波动等因素的影响 六 线制接法的称重传感器要求与之配套使用的二次仪表具备反馈输入接口 使用范 围有一定的局限性 但不容易受环境温度波动等因素的影响 在精密测量及长距 离测量时具有一定的优势 在称重设备中 四线的传感器用的比较多 如果要将六线传感器接到四线传 感器的设备上时 可以把反馈正和激励正接到一起 反馈负和激励负 接到一 起 信号线要注意一点就是 红色和白色在两种类型的传感器上对应的输出信 号是不一样的 图 3 3 称重传感器接线图 第四章 砂轮送料系统硬件设计 18 第四章 砂轮送料硬件设计 4 1 PLC 选定 西门子 S7 200 PLC 5 系列属于小型可编程序控制器 可用于简单的 控制场合 也可用于复杂的自动化控制系统 西门子 S7 200 PLC 主机为 CPU226 主控制器有 24 个输入点和 16 个输出 点 有一 个 8 路晶 体管 输出扩 展模块 EM222 三个四路输入模数转换模块 EM231 它们共同 组成系统控制硬件 S7 200 CPU 将一个微处理器 一个集成电源和若干数 字量 I O 点集成在一个紧凑的封装中 组成一个功能强大的 PLC 西门子 提供了多种类型的 CPU 以适应各种应用的要求 目前 提供的 S7 200CPU 有 CPU221 CPU222 CPU244 CPU224XP CPU226 及 CPU226XM 该系统采 用的是控制功能较强的 CPU226 4 2 变频器 在变频器领域 也存在着一些难以控制的东西 直到西门子功能强大的变 频器问世之后 情况才有了改观 MICROMASTER 440 是专门针对与通常相比需 要更加广泛的功能和更高动态响应的应用而设计的 这些高级矢量控制系统可 确保一致的高驱动性能 即使发生突然负载变化时也是如此 由于具有快速响 应输入和定位减速斜坡 因此 甚至在不使用编码器的情况下也可以移动至目 标位置 该变频器带有一个集成制动斩波器 即使在制动和短减速斜坡期间 也能以突出的精度工作 所有这些均可在 0 12 kW 0 16 HP 直至 250 kW 350 HP 的功率范围内实现 第四章 砂轮送料系统硬件设计 19 4 3 主电路电气原理图 图 4 1 主电路原理图 4 4 I O 地址分配表 表 4 1 I O 地址分配表 输入 输出 输入继电器 元件 功能 输出继电器 元件 功能 I0 0 SB1 启动 Q0 0 KM1 变频电机 I0 1 SB2 停止 Q0 1 KM2 搅拌电机 I0 2 SQ1 模具到位 Q0 2 YV1 下料电磁阀 I0 3 P 传感器感应 Q0 3 KM4 皮带秤电机 I0 4 FR 过载保护 Q0 4 Q0 5 5 6 变频器端子 Q1 1 HL1 皮带电机运行指示 Q1 2 HL2 下料阀运行指示 Q1 3 HL3 皮带秤电机运行指示 4 5 PLC 硬件接线图 根据本项目系统要求及表 4 1 所示的 I O 分配表 砂轮送料系统的 PLC 控 制硬件原理图如图所示 南通科技职业技术学院 18 I0 0 I0 1 I0 2 I0 3 I0 4 M SB1 SB2 SQ1 P FR 24 Q0 0 Q0 1 Q0 2 KM1 KM2 YV1 KM4Q0 3 220 FU Q0 4 Q0 5 2L Q1 1 Q1 2 Q1 3 3L 24 FU HL3 HL2 HL1 P L C C P U 2 2 6 M M 4 4 0 5 6 9 1L 图 4 2 PLC 外部接线图 第五章 砂轮送料系统软件设计 21 第五章 砂轮送料系统软件设计 5 1 PLC 软件设计 5 1 1 砂轮送料顺序功能图 顺序功能流程图 Sequential Function Chart SFC 是 PLC 中非常好的 一种解决复杂顺序控 制的语言 它的出现使顺序控制类问题设计变得简单明了 此方法具有简单 直观 高效和不易出错等特点 图 5 1 砂轮送料系统顺序功能图 5 1 2 梯形图 南通科技职业技术学院毕业论文 22 图 5 2 变频转换梯形图 传送带变频电机初始速度为 50 r min 十秒过后变频电机以 30r min 的转速转 动 下料阀下料时关闭 皮带秤送料至模具内 图 5 3 计时器梯形图 该送料系统具有计数功能 当数量没到达十个 自动进入循环 启动变频 送料电机 当数量到达十个时自动停止系统 第五章 砂轮送料系统软件设计 23 5 2 变频器参数设置 5 2 1 复位参数 表 5 1 变频器参数复位参数设置 序号 参数设定值 参数功能 1 P1003 1 访问等级 1 2 P0010 30 工厂设定值 3 P0970 1 开始参数复位 5 2 2 电动机参数设置 表 5 2 电动机参数设置 序号 参数设定值 参数功能 1 P1010 1 开始快速调试 2 P0304 220 设定电动机额定电压 3 P0305 1 93 设定电动机额定电源 4 P0307 0 37 设定电动机额定功率 5 P0310 50 设定电动机额定频率 6 P0311 1400 设定电动机额定转速 7 P3900 1 结束快速调试 5 2 3 控制参数设置 表 5 3 变频器参数复位参数设置 序号 参数设置 参数功能 1 P0003 2 用户访问等级为标准级 2 P0004 7 命令 二进制 I O 3 P0700 2 由端子输入 4 P1000 3 选择固定频率设定值 5 P0701 17 选择固定频率 6 P0702 17 选择固定频率 7 P1001 50 设置固定频率 1 8 P1002 30 设置固定频率 2 9 P1082 50 设置上限频率 10 P1080 15 设置下限频率 第六章 总结与展望 24 第六章 总结与展望 在做这个设计中 我学会了很多以前没学过的知识 也巩固了很多以前没 学好的知识 使我的专业理论知识更加扎实 软件操作更加熟练了 本次设计利用 PLC 变频器 称重传感器完成自动送料 称料进行加工的过程 通过仔细研究设计了系统的软件和硬件 通过模拟测试 达到预想的效果本设 计采用俩台电机 一台送料电机 一台模具旋转下料电机 增强系统的可靠性 稳定性 这次设计不仅使我学会了调查研究的方法 提高了我运用工具书的能力 还培养了我查阅文献 外文资料的阅读与翻译 计算机应用 文字表达等基本 工作实践能力 使我初步掌握了科学研究的基本方法和思路 致 谢 25 致 谢 在论文完成之际 我首先向关心帮助和指导我的指导老师 表示衷心的感 谢并致以崇高的敬意 在论文工作中 遇到了很多困难 一直得到指导老师的亲切关怀和悉心指 导 使我能够顺利的完成 老师以其渊博的学识 严谨的治学态度 求实的工 作作风和他敏捷的思维给我留下了深刻的印象 我将终生难忘 再一次向她表 示衷心的感谢 感谢她为学生营造的浓郁学术氛围 以及学习 生活上的无私 帮助 值此论文完成之际 谨向吴会琴老师致以最崇高的谢意 在学校的学习生活即将结束 回顾两年多来的学习经历 面对现在的收获 我感到无限欣慰 为此 我向热心帮助过我的所有老师和同学表示由衷的感谢 特别感谢我的师兄以及师姐对我的学习和生活所提供的大力支持和关心 还 要感谢一直关心帮助我成长的室友 在我即将完成学业之际 我深深地感谢我的家人给予我的全力支持 最后 衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家 教授 参考文献 26 参考文献 1 周奎 吴会琴 变频器系统运行与维护 江苏 淮安信息职业技术学院 2009 6 2 史宜巧 孙业明 景邵学 PLC 技术及应用项目教程 北京 机械工业出版 社 2009 1 3 侍寿永 王继凤 王玲 S7 200 PLC 编程及应用项目化教程 江苏 淮安 信息职业技术学院 2009 4 胡纲衡 唐瑞球 实用变频调速技术 北京 机械工业出版社 2004 5 周志敏 周纪海 纪爱华 变频调速系统设计与维护 第一版 北京 中国 电力出版 6 王建 徐洪亮 张宏 变频器操作实训 第一版 北京 机械工业出版社 2007 7 张玉莲主编 传感器与自动检测技术 M 机械工业出版社 8 苗常初编 PLC 编程及应用 M 机械工业出版社 2003 9 王永华主编 现代电气及可编程技术 M 北京航空航天大学出版社 10 汤以范主编 电气与可编程序控制器技术 M 机械工业出版社 2004 11 彭军 传感器与检测技术 M 西安电子科技大学出版社 12 邵泽强主编 机电一体化概论 M 机械工业出版社 13 王浩主编 机床电器与 PLC M 机械工程出版社 附 录 27 附录 附录 28 附 录 29